МАСНЕ КИСЕЛИНЕ: СТРУКТУРА, ВРСТЕ, ФУНКЦИЈЕ, БИОСИНТЕЗА - БИОЛОГИЈА - 2025

У масне киселине су органска макромолекула изведене од угљоводоника, који су састављени од дугих ланаца атома угљеника и водоника који имају хидрофобност (су липосолубилна) и представљају структурална основа масти и липида.

Они су веома разнолики молекули који се међусобно разликују дужином ланаца угљоводоника и присуством, бројем, положајем и / или конфигурацијом њихових двоструких веза.

Општа шема засићене масне киселине (Извор: Лагхи.л виа Викимедиа Цоммонс)

У липидима животиња, биљака, гљивица и микроорганизама попут бактерија и квасца описано је више од 100 различитих класа масних киселина и сматрају се врстама и ткивима специфичним за већину живих бића.

Уља и масти које човек свакодневно конзумира, било да су животињског или биљног порекла, углавном се састоје од масних киселина.

Увод

Маслац се, између осталог, састоји од масних киселина (Извор: Африца Студио, преко пикабаи.цом)

Молекули масне киселине обављају важне функције на ћелијском нивоу, чинећи их битним компонентама и, пошто неке од њих не могу да синтетишу животиње, морају их добити из исхране.

Масне киселине су ретке као слободне врсте у ћелијском цитосолу, па се оне углавном налазе као део других молекуларних коњугата као што су:

- Липиди, у биолошким мембранама.

- Триглицериди или естери масних киселина који служе као резерва у биљкама и животињама.

- Воскови, који су чврсти естри дуголанчаних масних киселина и алкохола.

- Остале сличне материје.

У животиња се масне киселине складиште у цитоплазми ћелија као ситне капљице масти сачињене од комплекса званог триацилглицерол, који није ништа друго до молекул глицерола на који се он веже, у сваком од његових атома угљеник, ланац масних киселина помоћу естерских веза.

Иако бактерије поседују кратке и обично мононезасићене масне киселине, у природи је уобичајено пронаћи масне киселине чији ланци имају парни број угљених атома, обично између 14 и 24, засићене, мононезасићене или полинезасићене.

Структура

Масне киселине су амфипатски молекули, то јест, имају две хемијски дефинисане регије: хидрофилну поларну регију и хидрофобни аполарни регион.

Хидрофобни регион састоји се од дугог ланца угљоводоника који, хемијски гледано, није баш реактиван. С друге стране, хидрофилни регион је састављен од терминалне карбоксилне групе (-ЦООХ), која се понаша попут киселине.

Ова терминална карбоксилна група или карбоксилна киселина јонизује у раствору, високо је реактивна (хемијски гледано) и веома је хидрофилна, што представља ковалентно место везивања између масне киселине и других молекула.

Дужина угљоводоничних ланаца масних киселина обично има једноличан број атома угљеника, а то је уско повезано са биосинтетским процесом којим се стварају, јер се њихов раст одвија у пару угљеника.

Најчешће масне киселине имају ланце између 16 и 18 атома угљеника, а код животиња су ти ланци неразгранати.

Класификација

Масне киселине су класификоване у две велике групе према природи веза које их чине, то јест, према присуству једноструких веза или двоструких веза између атома угљеника њихових угљоводоничних ланаца.

Дакле, постоје засићене и незасићене масне киселине.

- Засићене масне киселине имају само једноструке везе угљеник - угљеник и сви њихови угљеникови атоми су "засићени" или су везани за молекуле водоника.

- Незасићене масне киселине имају једну или више двоструких веза угљеник-угљеник и нису све повезане на атом водоника.

Незасићене масне киселине су такође подељене према броју незасићених (двоструких веза) на мононезасићене, оне са само једном двоструком везом, и полинезасићене, оне са више од једне.

Засићене масне киселине

Обично имају између 4 и 26 атома угљеника повезаних једноструким везама. Тачка топљења је директно пропорционална дужини ланца, односно молекулској тежини.

Масне киселине које имају између 4 и 8 угљеника су течне на 25 ° Ц и оне су које чине јестива уља, док су оне са више од 10 атома угљеника чврсте.

Међу најчешћим је лауринска киселина, која обилује уљама палминих коштица и кокосовог ораха; палмитинска киселина, која се налази у палми, какау и салату, и стеаринска киселина, која се налази у какаоу и хидрогенираним уљима.

То су масне киселине са много већом стабилношћу од незасићених масних киселина, посебно против оксидације, бар под физиолошким условима.

Пошто појединачне везе угљеник-угљеник могу слободно да се окрећу, засићене масне киселине су веома флексибилни молекули, иако стерицно ометање чини потпуну продужену структуру енергетски најстабилнијом.

Незасићене масне киселине

Ове масне киселине су високо реактивне и склоне засићености и оксидацији. Честе су у биљкама и морским организмима. Они са само једном двоструком везом познати су као мононезасићени или моноенои, док су они са више од две познати као полиенои или полинезасићени.

Присуство двоструких веза уобичајено је између атома угљеника између положаја 9 и 10, али то не значи да се не налазе мононезасићене масне киселине са незасићеношћу у другом положају.

За разлику од засићених, незасићене масне киселине су наведене не из терминалне карбоксилне групе, већ према положају прве двоструке везе Ц - Ц. Тако су подељене у две групе, омега-6 или ω6 киселине. и омега-3 или ω3.

Омега-6 киселине имају прву двоструку везу код угљеника број 6, а омега-3 киселине имају на угљенику број 3. Назив ω добија се двоструком везом која је најближа коначној метил групи.

Дупла веза се такође може наћи у две геометријске конфигурације познате као "цис" и "транс".

Већина природних незасићених масних киселина има „цис“ конфигурацију, а двоструке везе масних киселина присутних у комерцијалним (хидрогенираним) мастима су у „транс“.

У полинезасићеним масним киселинама две двоструке везе обично су одвојене једна од друге најмање једном метил групом, то јест угљениковим атомом везаним на два атома водоника.

Карактеристике

Масне киселине имају вишеструке функције у живим организмима и, као што је већ споменуто, једна од њихових основних функција је есенцијални део липида, који су главне компоненте биолошких мембрана и једна од три најбројније биомолекуле у организму. живи у комбинацији са протеинима и угљеним хидратима.

Они су такође одлични енергетски супстрати захваљујући којима се добијају велике количине енергије у облику АТП-а и других посредних метаболита.

С обзиром да животиње, на пример, нису способне да складиште угљене хидрате, масне киселине представљају главни извор складиштења енергије која долази од оксидације шећера који се троше у вишку.

Кратко ланчане засићене масне киселине у дебелом цреву учествују у стимулацији апсорпције јона натријума, хлорида и бикарбоната; Поред тога, имају функцију у производњи слузи, у пролиферацији колоноцита (ћелије дебелог црева) итд.

Незасићене масне киселине посебно обилују јестивим биљним уљима, која су важна у исхрани свих људских бића.

Уља која конзумирамо свакодневно су масне киселине (Извор: стевепб, путем пикабаи.цом)

Други учествују као лиганди неких протеина ензиматским активностима, због чега су важни у погледу њиховог утицаја на енергетски метаболизам ћелија у којима се налазе.

Биосинтеза

Разградња масних киселина позната је као β-оксидација и јавља се у митохондријама еукариотских ћелија. Биосинтеза се, напротив, одвија у цитосолу животињских ћелија и у хлоропластима (фотосинтетским органелама) биљних ћелија.

То је процес зависан од ацетил-ЦоА, малонил-ЦоА и НАДПХ, јавља се у свим живим организмима и у "вишим" животињама, попут сисара. На пример, веома је важан у јетри и масном ткиву, као и у млечним жлездама.

НАДПХ који се користи за овај пут је углавном продукт оксидационих реакција оксидације пентоз-фосфата зависних од НАДП, док ацетил-ЦоА може доћи из различитих извора, на пример, из оксидационе декарбоксилације пирувата, од Кребсов циклус и β-оксидација масних киселина.

Пут биосинтезе, попут β-оксидације, у свим ћелијама је високо регулисан алостерним ефекторима и ковалентним модификацијама ензима који учествују у регулацији.

-Малонил-цоА синтеза

Пут почиње формирањем метаболичког интермедијара познатог као малонил-ЦоА из молекула ацетил-ЦоА и катализује га мултифункционални ензим назван ацетил-ЦоА карбоксилаза.

Ова реакција је додатна реакција карбоксилног молекула зависног од биотина (-ЦООХ, карбоксилација) и одвија се у два корака:

1. Прво, АТП-зависни трансфер карбоксилног деривата бикарбоната (ХЦО3-) у молекул биотина настаје као протетска (не-протеинска) група повезана са ацетил-ЦоА карбоксилазом.
2. Након тога, ЦО2 се преноси у ацетил-цоА и ствара се малонил-цоА.

-Одгледи руте

У животињама се формирање ланаца угљених хидрата масних киселина даље одвија узастопним кондензацијским реакцијама које катализују мултимерни и мултифункционални ензим познат као синтаза масне киселине.

Овај ензим катализује кондензацију ацетил-ЦоА јединице и више молекула малонил-ЦоА који се добијају из реакције ацетил-ЦоА карбоксилаза, процес током кога се ослобађа један молекул ЦО2 за сваки малонил-ЦоА који додаје.

Растуће масне киселине су естерификоване у протеин назван "протеин ацилног носача" или АЦП, који формира тиоестере са ацил групама. У Е. цоли овај протеин је 10 кДа полипептид, али код животиња је део комплекса синтазе масних киселина.

Прекид ових тиоестерских веза ослобађа велике количине енергије, што омогућава, термодинамички гледано, појаву кондензацијских корака на путу биосинтезе.

Синтеза масне киселине синтазе

У бактеријама активност синтазе масних киселина заправо одговара шест независних ензима који користе ацетил-цоА и малонил-цоА за формирање масних киселина и са којима је повезано шест различитих ензимских активности.

Хомодимерни и мултифункционални комплекс синтазе масних киселина код животиња (Извор: Боехрингер Ингелхеим преко Викимедиа Цоммонс)

Супротно томе, код сисара, синтаза масне киселине је мултифункционални хомодимерни ензимски комплекс молекулске масе од око 500 кДа, који има шест различитих каталитичких активности и са којима се асоцира протеин носач ацила.

Корак 1: реакција прајмирања

Тиолне групе у цистеинским остацима одговорним за везивање метаболичких интермедијара на АЦП ензим морају се напунити, пре почетка синтезе, потребним ацил групама.

Да би се то постигло, ацетил група ацетил-цоА се преноси у тиолну групу (-СХ) једног од цистеинских остатака АЦП подјединице синтазе масне киселине. Ову реакцију катализује АЦП-ацил-трансфераза подјединица.

Ацетилна група се затим преноси из АЦП-а у други цистеински остатак на каталитичком месту друге ензимске подјединице комплекса познатог као β-кетоацил-АЦП-синтаза. Стога је ензимски комплекс „припремљен“ за започињање синтезе.

Корак 2: Пренос малонил-ЦоА јединица

Малонил-ЦоА који настаје ацетил-ЦоА карбоксилазом преноси се у тиолну групу у АЦП и током ове реакције део ЦоА се губи. Реакција катализује малонил-АЦП-трансфераза подјединица комплекса синтазе масних киселина, која затим производи малонил-АЦП.

Током овог процеса, малонил група је повезана са АЦП и β-кетоацил-АЦП-синтазом преко естера и друге сулфхидрилне везе, респективно.

Корак 3: Кондензација

Ензим β-кетоацил-АЦП-синтаза катализује пренос ацетил групе која је за њега спојена у кораку "приминг" на 2-угљеник малонил групе која је у претходном кораку пренета у АЦП.

Током ове реакције, молекул ЦО2 се ослобађа из малонила, што одговара ЦО2 који добија бикарбонат у реакцији карбоксилазе ацетил-ЦоА карбоксилазе. Затим се производи ацетоацетил-АЦП.

Корак 4: Смањивање

Подјединица β-кетоацил-АЦП-редуктазе катализује редукцију ацетоацетил-АЦП-зависне од НАДПХ, стварајући тако Д-β-хидроксибутирил-АЦП.

Корак 5: дехидрација

У овом кораку формира се транс-α, β-ацил-АЦП или ∆2-незасићени-ацил-АЦП (кратонил-АЦП), производ дехидратације Д-β-хидроксибутирил-АЦП дејством еноил-подјединице. АЦП-хидратата.

Касније се кратонил-АЦП редукује до бутирил-АЦП реакцијом зависном од НАДПХ, катализованом од подјединице еноил-АЦП-редуктазе. Ова реакција завршава први од седам циклуса који су потребни за производњу палмитоил-АЦП, који је прекурсор готово свих масних киселина.

Како настају следеће реакције кондензације?

Бутирил група се преноси са АЦП у тиолну групу цистеинског остатка у β-кетоацил-АЦП-синтази, при чему АЦП може да прихвати другу малонилну групу из малонил-ЦоА.

На овај начин, реакција која настаје је кондензација малонил-АЦП са бутурил-β-кетоацил-АЦП-синтазом, што доводи до β-кетохексаноил-АЦП + ЦО2.

Палмитоил-АЦП који настаје из следећих корака (после додавања још 5 малонилних јединица) може се ослободити као слободна палмитинска киселина захваљујући активности ензима тиоестеразе, може да се пренесе у ЦоА или угради у фосфатидну киселину за пут синтезе фосфолипида и триацилглицерида.

Структура палмитинске киселине (Извор: Андел, виа Викимедиа Цоммонс)

Синтеза масне киселине већине организама зауставља се у синтези палмитоил-АЦП-а, будући да каталитичко место подјединице β-кетоацил-АЦП-синтазе има конфигурацију у којој се могу сместити само масне киселине те дужине.

Како се формирају масне киселине са непарним бројем атома угљеника?

Они су релативно уобичајени у морским организмима, а синтетишу их и комплекс синтазе масних киселина. Међутим, реакција "прајмирања" се одвија са дужим молекулом, пропионил-АЦП, са три атома угљеника.

Где и како настају масне киселине дужег ланца?

Палмитинска киселина, као што је дискутирано, служи као прекурсор за многе дуже засићене и незасићене масне киселине дужег ланца. Процес "издуживања" масних киселина дешава се у митохондријама, док се уношење незасићења углавном одвија у ендоплазматском ретикулуу.

Многи организми претварају своје засићене масне киселине у незасићене као прилагођавање ниским температурама околине, јер им то омогућава да тачку топљења липида задрже испод собне температуре.

Својства масних киселина

Многа својства масних киселина зависе од њихове дужине ланца и присуства и броја незасићења:

- Незасићене масне киселине имају ниже тачке топљења од засићених масних киселина исте дужине.

- Дужина масних киселина (број атома угљеника) је обрнуто пропорционална флуидности или флексибилности молекула, то јест, „краћи“ молекули су течнији и обрнуто.

Генерално, течне масне материје су сачињене од кратколанчаних масних киселина уз присуство незасићености.

Биљке имају обилне количине незасићених масних киселина, као и животиње које живе на веома ниским температурама, јер им ове компоненте, као компоненте липида присутних у ћелијским мембранама, дају већу флуидност у тим условима.

У физиолошким условима, присуство двоструке везе у угљоводоничном ланцу масне киселине изазива закривљеност од око 30 °, због чега ови молекули заузимају већи простор и смањују јачину њихових ван дер Ваалсових интеракција.

Присуство двоструких веза у масним киселинама повезаним са молекулима липида има директне ефекте на степен „паковања“ који могу да имају у мембранама којима припадају и на тај начин такође утичу на мембранске протеине.

Пример стварања мицеле масне киселине са карбоксилним групама изложеним воденом медијуму (Извор: Бенутзер: Андерл преко Викимедиа Цоммонс)

Растворљивост масних киселина опада како се дужина њиховог ланца повећава, па су обрнуто пропорционалне. У воденим и липидним мешавинама масне киселине се удружују у структуре познате као мицеле.

Мицела је структура у којој су алифатични ланци масних киселина "затворени", чиме "избацују" све молекуле воде и на чијој се површини налазе карбоксилне групе.

Номенклатура

Номенклатура масних киселина може бити донекле сложена, посебно ако се односи на уобичајена имена која добијају, а која су често повезана са неким физикално-хемијским својствима, са местом на коме се налазе или са другим карактеристикама.

Многи аутори сматрају да, пошто су ови молекули јонизовани на физиолошком пХ захваљујући терминалној карбоксилној групи, требало би их назвати "карбоксилатима" користећи терминацију "ато" за то.

Према ИУПАЦ систему, набрајање атома угљеника масне киселине се врши из карбоксилне групе на поларном крају молекуле, а прва два атома угљеника везана за ову групу се називају α и П, респективно. . Терминални метил ланца садржи атом угљеника ω.

Генерално, у систематској номенклатури им је додељено име „родитељског“ угљоводоника (угљоводоница са истим бројем атома угљеника), а његов завршетак „о“ замењен је са „оицо“, ако је то масна киселина незасићен, додаје се завршетак „еноиц“.

Размотримо, на пример, случај Ц18 (Ц18) масне киселине:

- Пошто је угљоводоник са истим бројем атома угљеника познат као октадекан, засићена киселина се назива „октадеканојска киселина“ или „октадеканоат“, а њен уобичајени назив је стеаринска киселина.

- Ако у својој структури има двоструку везу између пара атома угљеника, то је познато под називом "октадеценска киселина"

- Ако има две двоструке везе ц - ц, онда се назива "октадекадиеноична киселина", а ако има три "октадекатриеноична киселина".

Ако желите да сумирате номенклатуру, онда се 18: 0 користи за масну киселину од 18 угљених угљеника и нема двоструке везе (засићене) и, зависно од степена незасићености, уместо нула, 18: 1 се пише за молекул са незасићеност, 18: 2 за једну са две незасићености и тако даље.

Ако желите да одредите између којих су атоми угљеника двоструке везе у незасићеним масним киселинама, симбол ∆ се користи нумеричким суперскриптом који означава место засићења и префиксом „цис“ или „транс“, у зависности од конфигурација овог.

Референце

1. Бадуи, С. (2006). Хемија хране. (Е. Куинтанар, Ед.) (4. изд.). Мексико ДФ: Пеарсон Едуцатион.
2. Гарретт, Р., и Грисхам, Ц. (2010). Биохемија (4. изд.). Бостон, САД: Броокс / Цоле. ЦЕНГАГЕ Учење.
3. Матхевс, Ц., ван Холде, К., & Ахерн, К. (2000). Биохемија (3. изд.). Сан Франциско, Калифорнија: Пеарсон.
4. Мурраи, Р., Бендер, Д., Ботхам, К., Кеннелли, П., Родвелл, В., & Веил, П. (2009). Харпер'с Иллустратед Биоцхемистри (28. изд.). МцГрав-Хилл Медицал.
5. Нелсон, ДЛ и Цок, ММ (2009). Лехнингерови принципи биохемије. Омега издања (5. изд.).
6. Равн, ЈД (1998). Биохемија. Бурлингтон, Масачусетс: Неил Паттерсон Публисхерс.
7. Тврзицка, Е., Креммида, Л., Станкова, Б., и Зак, А. (2011). Масне киселине као био-спојеви: њихова улога у метаболизму, здрављу и болести човека - преглед. Део 1: Класификација, прехрамбени извори и биолошке функције. Биомед Пап Мед Фац Унив Палацки Оломоуц Чешка република, 155 (2), 117–130.